聚甲基丙烯酸甲酯熱降解實驗

1、聚甲基丙烯酸甲酯的熱降解一、實驗?zāi)康牧私飧叻肿咏到獾念愋?、機(jī)制和影響因素；學(xué)習(xí)用水蒸氣蒸餾法純化單體。二、實驗原理高分子的降解是指在化學(xué)試劑 ( 酸、堿、水和酶 ) 或物理機(jī)械能 ( 熱、光、輻射和機(jī)械力 ) 的作用下，高分子的化學(xué)鍵斷裂而使聚合物分子量降低的現(xiàn)象，包括側(cè)基的消除反應(yīng)和高分子裂解。高分子的裂解可以分為三種類型：（1）主鏈隨機(jī)斷裂的無規(guī)降解；（2）單體依次從高分子鏈上脫落的解聚反應(yīng)；（3）上述兩種反應(yīng)同時發(fā)生的情況。聚合物的熱穩(wěn)定性、裂解速度以及單體的回收率和聚合物的化學(xué)結(jié)構(gòu)密切相關(guān)，實驗事實表明含有季碳原子和取代基團(tuán)受熱不易發(fā)生化學(xué)變化的聚合物較易發(fā)生解聚反應(yīng)，即單體的回收率很

2、高，例如聚甲基丙烯酸甲酯、聚 -甲基苯乙烯和四氟乙烯。與之對應(yīng)，聚乙烯進(jìn)行無規(guī)降解，聚苯乙烯的裂解則存在解聚和無規(guī)裂解兩種方式。利用天然高分子的裂解，可從蛋白質(zhì)中制取氨基酸，從淀粉和纖維素中制取葡萄糖；應(yīng)用于合成高分子；可從廢舊塑料中回收某些單體或其它低分子化合物，例如汽油等燃料，減少白色污染。聚甲基丙烯酸甲酯在熱作用下發(fā)生解聚 , 其過程是按照自由基機(jī)理進(jìn)行。甲基丙烯酸甲酯聚合時發(fā)生歧化終止，產(chǎn)生末端含雙鍵的聚合物，它在熱的作用下形成大分子自由基，然后逐步從高分子鏈上脫去單體，如同聚合反應(yīng)的逆反應(yīng)。除單體以外，有機(jī)玻璃解聚還會產(chǎn)生少量低聚體、甲基丙烯酸和少量作為添加劑加入到成品中的低分子化合

3、物。為在精餾前除去這些雜質(zhì)，需要對有機(jī)玻璃裂解產(chǎn)物進(jìn)行水蒸氣蒸餾，否則雜質(zhì)的存在會導(dǎo)致精餾溫度過高，導(dǎo)致單體再次聚合。二、化學(xué)試劑與儀器化學(xué)試劑 : 有機(jī)玻璃邊角料，濃硫酸，飽和碳酸鈉溶液 , 飽和氯化鈉溶液，無水硫酸納。儀器設(shè)備 :250 mL 圓底燒瓶，三口瓶 , 水蒸氣蒸餾裝置，分液漏斗，電熱套，真空泵，阿貝折射儀。四、實驗步驟1. 聚甲基丙烯酸甲酯的解聚稱取 50 g 有機(jī)玻璃邊角料，加入到 250 mL 短頸圓底燒瓶中，以加熱套加熱，緩慢升溫。 240 時有餾分出現(xiàn)，溫度維持在 260 左右進(jìn)行解聚，餾出物經(jīng)冷凝管冷卻，接收到另一燒瓶中。必要時，提高解聚溫度使餾出物逐滴流出。解聚完畢

4、約需 2.5h, 稱量粗餾物 , 計算粗單體收率。2. 單體的精制將粗單體進(jìn)行水蒸氣蒸餾，收集餾出液直至不含油珠為止。將餾出物用濃硫酸洗兩次 ( 用量為餾出物的 3%5%)，洗去粗產(chǎn)物中的不飽和烴類和醇類等雜質(zhì)。然后用 25mL 蒸餾水洗兩次，除去大部分酸，再用 25mL 飽和碳酸鈉溶液洗兩次進(jìn)一步除去酸類雜質(zhì)，最后用飽和氯化鈉洗至單體呈中性。用無水硫酸鈉干燥，以進(jìn)行下一步精制。將土述干燥后的單體進(jìn)行減壓蒸餾 , 收集 39 41 ,108KPa 范圍的餾分 , 計算產(chǎn)率 ,測定折光率 , 檢驗其純度。備注 :1. 為便于傳熱 , 有機(jī)玻璃邊角料需要進(jìn)行粉碎處理。2 對少量裂解產(chǎn)物進(jìn)行水蒸氣蒸

5、餾時可以簡化操作，僅需要在產(chǎn)物中加入一定量的蒸餾水后加熱蒸餾 , 必要時補(bǔ)加蒸餾水。五、分析與思考1. 裂解溫度的高低及裂解速度對產(chǎn)品質(zhì)量和收率有何影響 ? 2. 裂解粗餾物為什么首先采用水蒸氣蒸餾進(jìn)行初次分餾 ?3. 可以采用哪些方法研究聚合物的熱降解 ?主要儀器設(shè)備型號數(shù)量單價價格廠家電動攪拌器D2004W 2880 1760上海梅穎浦儀器儀表制造有限公司恒溫磁力攪拌器SH23-2 21350 2700上海梅穎浦儀器儀表制造有限公司標(biāo)準(zhǔn)磨口玻璃儀器綜合制備儀210002000天津市天玻玻璃儀器有限公司24#磨口圓底燒瓶250 mL4500江蘇省泰興市新泰實驗儀器廠24#磨口三口燒瓶250m

6、l4水蒸氣蒸餾裝置2套桶型分液漏斗500ml4容量瓶500ml2容量瓶250ml2HDM-250調(diào)溫恒溫電熱套 250ml26001200常州市華普達(dá)教學(xué)儀器有限公司HDM-500調(diào)溫恒溫電熱套 500ml27001400常州市華普達(dá)教學(xué)儀器有限公司旋片式真空泵2xz-2111701170南京庚辰科儀有限公司數(shù)字式阿貝折射儀2we-p11080010800上海光學(xué)儀器進(jìn)出口有限公司實驗八： 炭黑的表面接枝改性一、實驗?zāi)康膶W(xué)習(xí)材料表面接枝改性。二、實驗原理炭黑是極其重要的工業(yè)材料 , 被廣泛應(yīng)用于橡膠、塑料、涂料和油墨等行業(yè) , 如作為橡膠的填料制造輪胎和防靜電涂層。炭黑表面存在許多極性基團(tuán) ,

7、 如羥基、羧基和羰基等 , 可以利用它們進(jìn)行炭黑的表面改性。炭黑在許多聚合物基體和溶劑中容易發(fā)生聚集 , 導(dǎo)致它在基體中分散不均勻 , 給材料的性能帶來不利影響。聚合物接枝改性是改善炭黑粒子與聚合物材料相容性的優(yōu)良方法 , 根據(jù)炭黑的應(yīng)用場合 , 可使用親水性單體或親油性單體對炭黑來進(jìn)行。由于炭黑表面存在許多極性基團(tuán) , 并對自由基聚合反應(yīng)存在一定阻聚作用 , 因此進(jìn)行自由基接枝聚合之前需要對炭黑表面做進(jìn)一步的預(yù)處理 , 使其表面覆蓋一層惰性分子 , 從而抑制這些基團(tuán)的阻聚作用。本實驗先使用二異氰酸酯對炭黑表面進(jìn)行預(yù)處理 , 并使其具有異氰酸酯基團(tuán) , 然后進(jìn)行丙烯酸和甲基丙烯酸羥乙酯的自由基

8、聚合 , 獲得丙烯酸酯接枝的炭黑。二、化學(xué)試劑與儀器化學(xué)試劑 : 炭黑 , 丙烯酸 , 甲基丙烯酸羥乙酯 ,N-甲基吡咯烷酮 , 甲苯 , 甲苯二異氰酸酯 , 丙二酸二乙酯 , 三乙胺。儀器設(shè)備 : 索氏抽提裝置 , 三口燒瓶 , 機(jī)械攪拌器 , 電磁攪拌器 , 通氮系統(tǒng) , 回流冷疑管 , 溫度計。四、實驗步驟炭黑的預(yù)處理 : 炭黑中的成分較為復(fù)雜 , 使用前需要經(jīng)過處理。以甲苯作為溶劑 , 將炭黑置于索氏抽提器中抽提 24h, 然后置于真空烘箱中 50 干燥至恒重 , 保存于干燥器中待用。丙烯酸酯預(yù)聚體的合成 : 在 250 mL 燒瓶上裝配冷凝管、溫度計、滴液漏斗和氮氣導(dǎo)管 ,反應(yīng)裝置圖

9、參考如圖 L24 。加入 N-甲基吡咯烷酮50 mL, 通氮保護(hù) , 升溫至 90 。稱取 6.O g 甲基丙烯酸羥乙酯和 24.O g 丙烯酸 , 然后向單體中加入 0.15g 過氧化苯甲酰 , 攪拌混合均勻 , 然后在電磁攪拌下將含引發(fā)劑的混合單體在 1h 內(nèi)加入到反應(yīng)體系中 , 繼續(xù)反應(yīng) 1.5h, 得到丙烯酸酯預(yù)聚體。炭黑接枝聚丙烯酸酯 : 在 150 mL 燒瓶上裝配冷凝管、溫度計、機(jī)械攪拌器和氨氣導(dǎo)管 , 反應(yīng)裝置圖如下圖所示。加入 10 mL N-甲基吡咯烷酮、 5mL 丙二酸二乙酯和 2mL 三乙胺 , 在干燥氮氣流保護(hù)下加入 1.O mL 甲苯二異氰酸酯 , 在 90 反應(yīng) 1.5h, 加入 25g 丙烯酸酯預(yù)聚體后繼續(xù)反應(yīng) 0.5h, 然后升溫至 140 , 加入 2.O g 炭黑 , 反應(yīng)